ВАКУУМНАЯ ТРУБА СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА Российский патент 2014 года по МПК F24J2/05 F24J2/10 

Изобретение относится к теплоэнергетике и гелиотехнике. В частности, используется как элемент солнечной энергетической установки, преобразующей энергию излучения солнца в тепловую энергию для горячего водоснабжения, отопления и кондиционирования воздуха в зданиях и сооружениях.

Известен солнечный коллектор, содержащий тепловую вакуумную трубу с тепловьм стержнем «Heat Pipe». Внутри прозрачной вакуумной трубы установлена плоская поглощающая пластина с алюминиевыми ребрами, соединенная с тепловым стержнем. Форма ребер такова, что площадь их контакта с тепловым стержнем максимальна. Такая конструкция обеспечивает максимальную передачу тепла к медному тепловому стержню, а потом - воде теплопровода. При нагревании жидкости образовавшийся пар поднимается к наконечнику (конденсатору) теплового стержня, где тепло отдается воде (или антифризу), которая течет по теплообменному каналу корпуса коллектора. Отдав тепло, пар конденсируется и стекает обратно вниз по тепловому стержню, где процесс повторяется сначала.

Недостаток конструкции приведенного солнечного коллектора заключается в том, что поглощающая пластина не поворачивается вокруг своей оси, т.е. поверхность пластины всегда направлена в одну сторону и не позволяет ориентировать ее под оптимальным углом к лучам солнца; вследствие неплотного прилегания пластины к поверхности теплового стержня возможны тепловые потери. Технология нанесения селективного слоя на поверхность тепловой трубы сложная и дорогостоящая.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, принятым за прототип (htth://www/greensolar.ru/solarheater/2009-10-22-21-31-04/htmk), является солнечный коллектор с вакуумными трубами, которые состоят из двух трубок, одна трубка вставлена в другую с большим диаметром. Внешняя трубка выполнена из прозрачного сверхпрочного боросиликатного стекла. Внутренняя трубка также изготовлена из прозрачного боросиликатного стекла, покрыта специальным селективным покрытием, которое обеспечивает поглощение тепла с минимальным отражением. Во избежание теплопотерь из пространства между двумя трубами выкачен воздух и образован вакуум. Вакуумные трубы круглые, как следствие, количество солнечного излучения, которое попадает на трубки, остается постоянным с утра до вечера. Благодаря этому общее количество поглощенного солнечного излучения увеличивается. Более того, угол падения солнечных лучей всегда перпендикулярен поверхности трубы, и отражение, таким образом, уменьшается.

В связи с тем, что солнечный нагреватель, включающий солнечный коллектор с вакуумными трубами, невозможно выключить в периоды максимального солнечного облучения и малого водоразбора, температура (температура застоя) в нем может достигать 300°С.

В связи с этим в качестве трубной обвязки водонагревателей нельзя использовать пластиковые (полимерные трубы) и стальные трубы с цинковым покрытием. Следует применять трубопроводы из меди или нержавеющей стали, а это приводит к увеличению материалоемкости и веса конструкции, а также к значительному удорожанию конструкции.

Также необходимо предусмотреть теплоизоляцию первого (горячего) контура трубной обвязки водонагревателей для предупреждения ожогов и возгораний, причем материал теплоизоляции и крепежа должен соответствовать указанным температурным режимам.

Техническая задача, решаемая с помощью предлагаемого изобретения, заключается в регулировке тепловой мощности вакуумных труб солнечного коллектора.

Поставленная задача решается тем, что вакуумная труба солнечного коллектора, выполненная из двух трубок, одна из них, внутренняя, вставлена в другую, внешнюю, большего диаметра согласно изобретению снабжена отражающим элементом, регулирующим ее тепловую мощность, выполненным из непрозрачного теплостойкого и стойкого к ультрафиолету материала в виде пластины, установленной на наружной поверхности одной из сторон вакуумной трубы параллельно ее оси и с возможностью поворота вокруг нее.

Варианты исполнения

Отражающий элемент вакуумной трубы, регулирующий ее тепловую мощность, выполнен в виде полосы, нанесенной на внутреннюю поверхность внешней трубки. Отражающий элемент вакуумной трубы, регулирующий ее тепловую мощность, выполнен в виде полосы, нанесенной на внешнюю поверхность внутренней трубки. При этом вакуумная труба установлена с возможностью поворота вокруг своей оси.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется фиг.1.

Основным компонентом солнечных коллекторов с вакуумными трубками являются стеклянные вакуумные трубы 1. Каждая вакуумная труба 1 состоит из двух стеклянных трубок 2 и 3. Внешняя трубка 2 изготовлена из прозрачного сверхпрочного боросиликатного стекла. Внутренняя трубка 3 тоже изготовлена из прозрачного боросиликатного стекла, покрытого специальным селективным покрытием, которое обеспечивает поглощение тепла с минимальным отражением. Во избежание кондуктивных и конвективных теплопотерь из пространства между двумя трубками 2 и 3 выкачан воздух и создан вакуум. Для поддержания вакуума между двумя трубками 2 и 3 используется бариевой газопоглотитель. Вакуумная труба 1 снабжена отражающим элементом 4, регулирующим ее тепловую мощность. Отражающий элемент 4 выполнен в виде пластины 5, которая установлена на наружной поверхности одной из сторон вакуумной трубы 1 параллельно ее оси и с возможностью поворота вокруг оси. Как варианты: отражающий элемент 4 может наноситься в виде полосы 6 на внутреннюю поверхность внешней трубки 2 и также в виде полосы 7 - на внешнюю поверхность внутренней трубки 3. Вакуумные трубы 1 устанавливаются с возможностью поворота.

Предлагаемая конструкция работает следующим образом. Поток солнечного излучения падает на поверхности вакуумных труб 1. Внутренняя трубка 3 покрыта специальным селективным слоем, который хорошо абсорбирует солнечную энергию и препятствует потерям тепла. Происходит прямая теплопередача солнечной энергии в воде без участия других устройств.

В периоды максимального солнечного облучения или малого водозабора температура в солнечном коллекторе может достигать 300°С°, в этих случаях используют отражающий элемент 4. Ориентируют поверхность отражающей пластины 5 путем ее поворота относительно оси вакуумной трубки 1 для уменьшения теплоотдачи. Если используются варианты, где отражающий элемент нанесен на внутреннюю поверхность внешней трубки или на внешнюю поверхность внутренней трубки, то в этих случаях ориентируют поверхности отражающих полос 6 и 7 путем поворота самой вакуумной трубки 1.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности может использоваться как элемент солнечной энергетической установки, преобразующий энергию излучения солнца в тепловую энергию для горячего водоснабжения, отопления и кондиционирования воздуха в зданиях и сооружениях. Конструктивные особенности солнечного коллектора с вакуумными трубами заключаются в том, что вакуумная труба выполнена из двух трубок, одна из них, внутренняя, вставлена во внешнюю с большим диаметром, причем вакуумная труба снабжена отражающим элементом, регулирующим ее тепловую мощность и выполненным в виде пластины из непрозрачного теплостойкого и стойкого к ультрафиолету материала, установленной на наружной поверхности одной из сторон внешней трубки вакуумной трубы параллельно ее оси и с возможностью поворота вокруг нее, или отражающим элементом вакуумной трубы, выполненным в виде полосы, нанесенной на наружную поверхность внутренней трубки. Вакуумная труба солнечного коллектора может устанавливаться с возможностью поворота вокруг своей оси. Изобретение должно обеспечить уменьшение материалоемкости и себестоимости изготовления. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Вакуумная труба солнечного коллектора, выполненная из двух трубок, одна из них, внутренняя, вставлена во внешнюю с большим диаметром, отличающаяся тем, что вакуумная труба снабжена отражающим элементом, регулирующим ее тепловую мощность и выполненным в виде пластины из непрозрачного теплостойкого и стойкого к ультрафиолету материала, установленной на наружной поверхности одной из сторон внешней трубки вакуумной трубы параллельно ее оси и с возможностью поворота вокруг нее, или отражающим элементом вакуумной трубы, выполненным в виде полосы, нанесенной на наружную поверхность внутренней трубки.

2. Вакуумная труба солнечного коллектора по п.1, отличающаяся тем, что вакуумная труба установлена с возможностью поворота вокруг своей оси.